半導(dǎo)體量子點電磁感應(yīng)透明介質(zhì)中的非線性光學(xué)性質(zhì).pdf

1、近年來，基于量子相干的電磁感應(yīng)透明(EIT)效應(yīng)既能得到顯著非線性光學(xué)效應(yīng)，又能消除由于介質(zhì)共振所引起的吸收，從而解決了介質(zhì)強非線性響應(yīng)和弱吸收損耗之間不能調(diào)和的矛盾，因而成為了非線性光學(xué)研究領(lǐng)域的熱點問題之一。目前對于EIT介質(zhì)的研究主要集中在超冷原子體系，但因其存在低溫、稀薄等缺陷，而難以在器件微型化的大規(guī)模設(shè)計中得以應(yīng)用。所幸的是，半導(dǎo)體量子點具有類似超冷原子的分立能級結(jié)構(gòu)，較大的電偶極矩，較長的退相干時間，同時其相干演化可控，易

2、于集成等優(yōu)勢，從而可以產(chǎn)生EIT效應(yīng)且成為新的理想信息載體介質(zhì)之一。當(dāng)前對于半導(dǎo)體量子點EIT介質(zhì)中非線性光學(xué)性質(zhì)的研究還處于初步探索階段，基于此，本文對半導(dǎo)體量子點EIT介質(zhì)中的時間矢量光孤子和非線性法拉第偏轉(zhuǎn)等非線性光學(xué)性質(zhì)進行了理論研究。全文總共分為四章，其主要結(jié)構(gòu)如下：
　　第一章，首先對半導(dǎo)體量子點的概念，分類及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了簡要地闡述；隨后，簡單介紹了本論文所用的基本理論與研究方法，最后就本文的主要研究內(nèi)容進行了

3、簡要概括。
　　第二章，解析研究了單量子點電磁感應(yīng)透明介質(zhì)中的時間矢量光孤子特性。本章首先構(gòu)建一個由一束弱線性偏振探測光場在與其平行的磁場作用下形成的兩正交偏振分量，再聯(lián)合兩束強耦合控制光場與半導(dǎo)體單量子點相互作用所形成的四能級半導(dǎo)體量子點電磁感應(yīng)透明介質(zhì)模型，隨后利用多重尺度法，解析地研究了該半導(dǎo)體量子點電磁感應(yīng)透明介質(zhì)中的兩耦合時間矢量光孤子的穩(wěn)定性及其碰撞特性。因系統(tǒng)的色散效應(yīng)與非線性效應(yīng)相平衡，所以體系中探測光場的兩個正交

4、偏振分量所演化成的兩耦合時間矢量光孤子能產(chǎn)生并以超慢群速度穩(wěn)定地在該半導(dǎo)體單量子點EIT介質(zhì)中傳播。既然兩耦合的時間矢量光孤子能在體系中穩(wěn)定傳播，進而探討他們的碰撞特性。通過數(shù)值模擬兩耦合時間矢量光孤子間的碰撞行為，發(fā)現(xiàn)該體系的時間矢量光孤子碰撞特性與其初始相位差有關(guān)。當(dāng)孤子分量間初始相位差為π/2時，兩孤子則會在融合之后再彼此分離且出現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移；而當(dāng)兩孤子分量為同相或反相時，孤子間會呈現(xiàn)出近彈性碰撞且無能量轉(zhuǎn)移。這種無能量轉(zhuǎn)移的兩孤子

5、碰撞行為有利于光孤子通訊的信號傳播。
　　由于半導(dǎo)體單量子點可通過點間隧穿耦合方式形成量子點分子，因而在量子點分子系統(tǒng)中，由于點間隧穿耦合強度的存在必將對半導(dǎo)體量子點電磁誘導(dǎo)透明介質(zhì)中的非線性光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。基于此，在第三章中，我們理論研究了半導(dǎo)體三量子點系統(tǒng)中的法拉第偏轉(zhuǎn)。首先利用一束弱線性偏振探測光場在與其平行的磁場作用下所形成的兩正交偏振分量，然后通過調(diào)控點間隧穿耦合，研究了五能級M型半導(dǎo)體三量子點分子系統(tǒng)中的法拉第偏轉(zhuǎn)。

6、結(jié)果表明，在線性情況下，通過適當(dāng)?shù)夭倏攸c間隧穿耦合強度，可有效調(diào)節(jié)系統(tǒng)中隧穿誘導(dǎo)透明窗口的寬度并實現(xiàn)對介質(zhì)的反常色散與正常色散的“開關(guān)”效應(yīng)的調(diào)節(jié)。在非線性情況下，由于點間隧穿耦合所誘導(dǎo)的量子干涉效應(yīng)對弱線性偏振探測光場所導(dǎo)致的低吸收，在該半導(dǎo)體量子點分子系統(tǒng)中可獲得較大的非線性法拉第偏轉(zhuǎn)角，而且在相同的外加磁場下探測光的非線性法拉第偏轉(zhuǎn)方向與線性法拉第偏轉(zhuǎn)相反而且偏轉(zhuǎn)角更大。這說明系統(tǒng)的非線性效應(yīng)能更為有效地調(diào)制探測光的法拉第偏轉(zhuǎn)。<